JPH04131764U - イオン濃度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガラス電極及び比較電極のインピーダンスと
測定液のｐＨ値とを同時かつ連続的に測定可能とし、差
動増幅回路入力側のハイインピーダンスラインのスイッ
チを省略してコスト低減及び信頼性向上を図る。 【構成】 差動増幅回路により構成されたｐＨ測定回路
を持つイオン濃度測定装置において、ガラス電極１及び
比較電極２を直流カット用コンデンサＣ₄，Ｃ₅のみを介
してインピーダンス測定回路６，７に接続する。接地電
極３に直接接続した矩形波発生回路８により、交流電流
を接地電極３とガラス電極１間、及び、接地電極３と比
較電極２間に各々独立して流す。各電極１，２を流れる
電流をコンデンサＣ₄，Ｃ₅を介してインピーダンス測定
回路６，７により電流電圧変換及び整流平滑し、各電極
１，２のインピーダンス信号を得る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はイオン濃度測定装置に関し、詳しくは、ｐＨ測定装置等において、ガ ラス電極や比較電極のインピーダンスを測定することによりこれらの電極の異常 を検出可能としたイオン濃度測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

ガラス電極や比較電極の破損等による異常を検出するために各電極のインピー ダンスを測定する装置ないし回路として、従来から種々のものが提案されており 、例えば、特公昭６３−１６７０６号にかかるイオン濃度計、特公昭６３−１６ ７０７号にかかるイオン濃度測定装置、特開昭６２−２４２８４９号にかかる電 極性能の試験方法及び試験装置、特開平１−２４２９５８号にかかるイオン濃度 測定装置、及び、特開平２−３０９２４０号公報の第１図または第３図に記載さ れたｐＨ変換器等がある。

【０００３】 図５は上記従来例のうち、特開平２−３０９２４０号公報の第３図に記載され たｐＨ変換器を一部省略して示したものである。 このｐＨ変換器は、単極電位Ｖ_g、抵抗Ｒ_gにより等価的に表されるガラス電極 ２１と、単極電位Ｖ_r、抵抗Ｒ_rにより等価的に表される比較電極２２と、単極電 位Ｖ_s、抵抗Ｒ_sにより等価的に表され、かつ、矩形波発生回路１１から矩形波電 圧が印加されている液電極２３とを備え、測定液のｐＨ測定時には、ガラス電極 ２１に接続されたオペアンプＱ₁₁の出力電圧と、比較電極２２に接続されたオペ アンプＱ₁₂の出力電圧との差を減算器１４により求め、その結果をｐＨ値に対応 するｐＨ信号Ｖ_pHとして出力する。 なお、この時、リレー接点等からなるスイッチＳ₁，Ｓ₂は何れも開放されてお り、整流平滑回路１２，１３はｐＨ測定回路と切り離されている。

【０００４】 次に、ガラス電極２１または比較電極２２の異常を検出するためにこれらのイ ンピーダンスを測定する場合には、各々対応するスイッチＳ₁，Ｓ₂を閉じる。こ れにより、矩形波発生回路１１による交流電流が液電極２３→測定液→ガラス電 極２１、比較電極２２→スイッチＳ₁，Ｓ₂→参照抵抗Ｒ_a，Ｒ_bの経路で流れ、参 照抵抗Ｒ_a，Ｒ_bの両端に交流電圧がそれぞれ発生する。 この交流電圧はガラス電極２１または比較電極２２のインピーダンスに依存す るため、電極の破損等によりそのインピーダンスが変化していれば上記交流電圧 の大きさも変化する。従って、これらの交流電圧を直流分カット用のコンデンサ Ｃ_a，Ｃ_bを介し整流平滑回路１２，１３にて直流電圧Ｖ_dg，Ｖ_drに変換し、その 値の変化を監視すれば、ガラス電極２１や比較電極２２の異常を検出することが 可能になる。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記各従来例には、それぞれ以下のような欠点がある。 特公昭６３−１６７０６号のイオン濃度計や同１６７０７号のイオン濃度測定 装置では、電極間電位の測定回路を構成するオペアンプ入力側のハイインピーダ ンスラインにスイッチが接続されており、イオン濃度の測定時には上記スイッチ によりインピーダンス測定用の交流電源を測定回路から切り離しておく必要があ る。このような作用から、前記スイッチには絶縁性が極めて高いものが必要にな るが、高絶縁のスイッチはコストも高く、信頼性の点でも十分なものが得にくい という問題がある。 また、これらの従来例ではイオン濃度の測定中に電極のインピーダンスを測定 することができない。

【０００６】 更に、ガラス電極のインピーダンスは比較電極に比べて十分に大きい値である 一方、特公昭６３−１６７０６号ではインピーダンス測定時にガラス電極と比較 電極とが回路的に直列接続される結果、比較電極のインピーダンスのみを独立し て測定することができない。また、同１６７０７号では考案の目的上、ガラス電 極のインピーダンスを測定することは予定されておらず、ガラス電極の異常検出 が不可能である。

【０００７】 特開昭６２−２４２８４９号の試験方法及び試験装置でも、電極間電位の測定 回路を構成するオペアンプ入力側のハイインピーダンスラインに、参照インピー ダンスを挿入するためのスイッチが接続されているため、前記同様に高絶縁のス イッチに起因する問題があるほか、このスイッチを切り換えてイオン濃度または 電極インピーダンスを測定するため、両者の同時測定ができないという問題があ る。

【０００８】 また、特開平１−２４２９５８号にかかるイオン濃度測定装置では、イオン濃 度及びインピーダンスの同時測定は可能であるものの、特公昭６３−１６７０６ 号のイオン濃度計と同様な理由により比較電極のインピーダンスを測定すること ができず、その異常を検出できないという欠点がある。

【０００９】 更に、特開平２−３０９２４０号公報の第１図に記載されたｐＨ変換器では、 イオン濃度及び電極インピーダンスの同時測定、並びにガラス電極、比較電極の インピーダンス測定をそれぞれ独立して行うことができる。しかるに、このｐＨ 変換器では、交流電圧としての矩形波を発生させるための切り換え用や電極の異 常検出信号の同期整流用に複数のスイッチが必要であると共に、これらのスイッ チを制御する発振器及びスイッチ制御回路が必要になることから、回路構成が極 めて複雑であるといった問題がある。 なお、このｐＨ変換器の電極間電位の測定回路において、基準となる共通電位 を初段のオペアンプの入力側から得ているため、例えばこの共通電位が低インピ ーダンスにて接地される回路に比べ、ノイズにより共通電位が変動して測定誤差 を生じる恐れもある。

【００１０】 最後に、図５に示した特開平２−３０９２４０号公報第３図記載のｐＨ変換器 では、オペアンプＱ₁₁，Ｑ₁₂の入力側ハイインピーダンスラインにスイッチＳ₁ ，Ｓ₂を有し、ｐＨ測定時にはこれらのスイッチＳ₁，Ｓ₂を開放することで参照 抵抗Ｒ_a，Ｒ_bを直流的に測定回路から切り離している。このため、前記同様に高 絶縁のスイッチに起因する問題があり、また、これらのスイッチＳ₁，Ｓ₂を切り 換えてｐＨ値または電極のインピーダンスを測定するため両者の同時測定が不可 能である。

【００１１】 本考案は上記各従来例が有する種々の問題点を解決するためになされたもので 、その目的とするところは、ガラス電極や比較電極等の測定電極双方のインピー ダンス測定、及び、これらのインピーダンス及びｐＨ値等の同時連続測定を可能 とし、また、測定回路の入力側ハイインピーダンスラインのスイッチを不要にし てコストの低減及び信頼性の向上を図ったイオン濃度測定装置を提供することに ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するため、本考案は、測定液のイオン濃度を測定するための高 入力抵抗の差動増幅回路と、接地電極及びガラス電極や比較電極等の各測定電極 間にそれぞれ交流電流を流す矩形波発生回路等の電圧発生回路と、上記交流電流 に基づき各測定電極のインピーダンスを測定するインピーダンス測定回路とを備 えたｐＨ測定装置等のイオン濃度測定装置において、一対の測定電極を直流カッ ト用のコンデンサのみを介して前記インピーダンス測定回路に接続したものであ る。

【００１３】

【作用】

本考案によれば、電圧発生回路に接続された接地電極から、測定液を介して、 交流電流が一方の測定電極（ガラス電極）及び他方の測定電極（比較電極）へそ れぞれ独立して流れる。これらの交流電流は高入力抵抗である差動増幅回路の入 力側を経て、直流カット用コンデンサを介しインピーダンス測定回路に流入し、 各電極のインピーダンスに対応する直流電圧に変換される。従って、このインピ ーダンスの変化を検出することにより、電極の異常を検出することができる。 上記インピーダンスは、直流的にはｐＨ値等の測定回路に影響を与えず、また 、スイッチの切り換え等を要することなく測定されるため、インピーダンス及び ｐＨ値の両測定動作を同時並行的に行なうことができる。

【００１４】

【実施例】

以下、図に沿って本考案の実施例を説明する。まず、図１は本考案の一実施例 を示す回路構成図であり、この実施例は本考案をｐＨ測定装置に適用した場合の ものである。図において、１は測定電極としてのガラス電極、２は同じく比較電 極、３は接地電極であり、これらの各電極１，２，３は容器４内の測定液５に浸 漬されている。 ガラス電極１は、抵抗Ｒ₁とコンデンサＣ₁からなるローパスフィルタ及び抵抗 Ｒ₂を介して非反転増幅器を構成するオペアンプＱ₁の非反転入力端子に接続され ている。なお、コンデンサＣ₁の一端は共通電位点に接続されている。また、オ ペアンプＱ₁の出力端子は反転入力端子に接続され、かつ、抵抗Ｒ₃を介してオペ アンプＱ₃の反転入力端子に接続されている。

【００１５】 一方、比較電極２は、抵抗Ｒ₅とコンデンサＣ₂からなるローパスフィルタ及び 抵抗Ｒ₆を介して非反転増幅器を構成するオペアンプＱ₂の非反転入力端子に接続 されている。なお、コンデンサＣ₂の一端は共通電位点に接続されている。また 、オペアンプＱ₂の出力端子は反転入力端子に接続され、かつ、抵抗Ｒ₇を介して オペアンプＱ₃の非反転入力端子に接続されている。この非反転入力端子は抵抗 Ｒ₈を介して共通電位点に接続されている。

【００１６】 すでに明らかなように、オペアンプＱ₃の入力側はオペアンプＱ₁，Ｑ₂により 対称的に構成されている。また、オペアンプＱ₃の出力端子と反転入力端子との 間には帰還抵抗Ｒ₄が接続され、前記出力端子からは抵抗Ｒ₉及びコンデンサＣ₃ からなるローパスフィルタを介してｐＨ測定値が出力されるようになっている。 なお、オペアンプＱ₁〜Ｑ₃、抵抗Ｒ₂〜Ｒ₄、Ｒ₆〜Ｒ₈等は高入力抵抗の差動増 幅回路を構成している。

【００１７】 また、抵抗Ｒ₁，Ｒ₅の入力側において、各電極１，２には高絶縁の直流カット 用コンデンサＣ₄，Ｃ₅を介して電極１，２のインピーダンスを測定するためのイ ンピーダンス測定回路６，７がそれぞれ接続されている。 図２はインピーダンス測定回路６，７（何れも同一の構成であるため、便宜上 、測定回路６を図示してある）の一構成例を示している。この測定回路６は、コ ンデンサＣ₄の一端が抵抗Ｒ₁₀を介してオペアンプＱ₄の反転入力端子に接続され 、この反転入力端子と出力端子との間にダイオードＤ₁が接続されると共に、ダ イオードＤ₁の両端に抵抗Ｒ₁₁及びダイオードＤ₂が直列接続され、更に、ダイオ ードＤ₂のカソードに抵抗Ｒ₁₂及びコンデンサＣ₆からなるローパスフィルタを接 続して構成されている。ここで、オペアンプＱ₄の非反転入力端子及びコンデン サＣ₆の一端は共通電位点に接続されている。

【００１８】 前記オペアンプＱ₄、ダイオードＤ₁，Ｄ₂、抵抗Ｒ₁₀，Ｒ₁₁は半波整流回路を 構成しており、各電極１，２からの入力交流電流を電圧に変換して整流すると共 に、後段のローパスフィルタにより平滑して各電極１，２のインピーダンスに応 じた直流電圧に変換し、これをインピーダンス信号として出力するものである。 また、図１において、接地電極３には一端が共通電位点に接続された電圧発生 回路としての矩形波発生回路８の出力側が接続されている。

【００１９】 次に、この動作を説明する。まず、通常のｐＨ測定に当たっては、共通電位点 に対するガラス電極１及び比較電極２の電位がそれぞれオペアンプＱ₁，Ｑ₂の非 反転入力端子に加わり、差動増幅されてその電位差が測定液５のｐＨ測定値に対 応する値として出力される。

【００２０】 一方、矩形波発生回路８から出力される矩形波電圧により、接地電極３から測 定液５を介して、ガラス電極１及び比較電極２に各電極のインピーダンスに応じ た大きさの交流電流が各々独立して流れ、これらの電流は直流カット用コンデン サＣ₄，Ｃ₅を介してインピーダンス測定回路６，７に流入する。 各測定回路６，７では、前述のように入力交流電流を電圧に変換して整流平滑 し、各電極１，２のインピーダンスに応じた電圧値であるインピーダンス信号を 出力する。従って、このインピーダンス信号を監視することで、電極１，２の破 損等による異常を検出することができる。

【００２１】 ここで、ｐＨ測定回路を構成する差動増幅回路は各電極１，２に対して高入力 抵抗を有しており、この差動増幅回路では原理上、二入力信号の基準電位が必要 であると共に、この基準電位を得るために接地電極が必要とされる。本実施例で は、この接地電極３を用いて矩形波電圧を印加し、各電極１，２にそれぞれ独立 に交流電流を流すようにしている。このため、ガラス電極１と比較電極２間に交 流電圧を印加することにより両電極１，２のインピーダンスが直列接続されるい くつかの従来例に比べ、各電極１，２のインピーダンスを各々独立して測定する ことができる。

【００２２】 なお、ガラス電極１及び比較電極２の何れも直流電流やオフセットを持つ交流 電流を流すと分極等の現象を生じてｐＨ測定値に誤差が発生する。このため、イ ンピーダンス測定に当たり、従来では図３に示すように振幅が正負に対称な交流 電圧を各電極に加える必要があった。なお、図の交流電圧は振幅を±Ｖ、周期を ２ｔとして示してある。 この点に関し、本実施例では、ガラス電極１及び比較電極２が高入力抵抗を持 つ差動増幅回路に接続されているため、接地電極３から生じる矩形波電圧はコン デンサＣ₄，Ｃ₅を介してインピーダンス測定回路６，７にのみ流入する交流電流 を生じさせる。 従って、矩形波発生回路８から出力される電圧は、差動増幅回路の同相電圧（ コモンモード信号）除去作用を損なわない範囲で、図４に示すように単一の極性 のみを有していて振幅が正負に対称でなくても、図示するごとく波形の対称性が あればよい。なお、図４に示した電圧は振幅が＋Ｖであり、周期が２ｔでデュー ティ比が５０％の直流パルスとなっている。 この結果、矩形波発生回路８により正負非対称の矩形波電圧を印加する場合で も、直流カット用のコンデンサを介さずに低インピーダンスにて接地電極３に接 続することができる。これにより、測定回路の共通電位を安定化させることがで き、測定誤差を生じるおそれがない。

【００２３】 また、コンデンサＣ₄，Ｃ₅によってｐＨ測定回路とインピーダンス測定回路６ ，７とが直流的に分離されるため、ｐＨ値の連続測定及び両電極１，２のインピ ーダンスの連続測定を両立させることが可能である。

【００２４】 なお、上記実施例では本考案をｐＨ測定装置に適用した場合を説明したが、本 考案は、電極のインピーダンスが電極の正常、異常を判断するパラメータとなる ものであれば、これ以外のイオン濃度測定装置への適用も可能である。 また、インピーダンス測定回路６，７の構成は、図２の例に何ら限定されるも のではない。更に、接地電極に印加する電圧は、インピーダンス測定電流として 交流電流を生じさせるものであればよく、矩形波以外の三角波や正弦波等であっ てもよい。

【００２５】

【考案の効果】

以上のように本考案は、ガラス電極や比較電極等の測定電極を各々直流カット 用のコンデンサのみを介してインピーダンス測定回路に接続し、インピーダンス 測定用の交流電流を各測定電極に独立して流すように構成したものである。 このため、ガラス電極及び比較電極につき各々独立してインピーダンスを連続 的に測定することができ、各電極の異常を個別に検出することができる。加えて 、スイッチによる切り換えを要することなくｐＨ等の測定回路とインピーダンス 測定回路とが分離されるため、双方の測定動作を同時並行的に連続して行なうこ とができる

【００２６】 また、ｐＨ等の測定回路の入力側ハイインピーダンスラインにスイッチを持た ないため、高絶縁スイッチの使用に伴うコスト高や信頼性の問題、その他スイッ チ制御回路による構成の複雑化といった問題も生じない。 更に、インピーダンス測定のためにｐＨ等の測定回路に付加する部分は極めて 簡単な構成であるから、従前のｐＨ測定装置等に若干の改良を加えるだけで低コ ストにて本考案を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す回路構成図である。

【図２】インピーダンス測定回路の一構成例を示す回路
図である。

【図３】正負の対称性を説明するための波形図である。

【図４】波形の対称性を説明するための波形図である。

【図５】従来の技術の一例を一部省略して示した回路図
である。

【符号の説明】

１ ガラス電極 ２ 比較電極 ３ 接地電極 ４ 容器 ５ 測定液 ６，７ インピーダンス測定回路 ８ 矩形波発生回路 Ｑ₁〜Ｑ₄ オペアンプ Ｒ₁〜Ｒ₁₂ 抵抗 Ｃ₁〜Ｃ₆ コンデンサ Ｄ₁，Ｄ₂ ダイオード

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定液に浸漬された一対の測定電極間の
   電位差を高入力抵抗の差動増幅回路により検出して測定
   液のイオン濃度を測定するイオン濃度測定装置であっ
   て、測定液に浸漬された接地電極と各測定電極との間に
   それぞれ交流電流を流す電圧発生回路と、前記交流電流
   に基づき各測定電極のインピーダンスを測定するインピ
   ーダンス測定回路とを備えたイオン濃度測定装置におい
   て、前記一対の測定電極を直流カット用のコンデンサの
   みを介して前記インピーダンス測定回路に接続したこと
   を特徴とするイオン濃度測定装置。